rDUINOScope

关于这个项目

说明

世界上第一个独立的基于 Arduino 的望远镜控制 Goto。

所有可用的开源望远镜控件要么使用消耗大量电力的 Raspberry Pi，要么使用 Arduino 作为计算机、智能手机或平板电脑的扩展。 rDUINOScope 是第一款基于 Arduino 的独立设备，可让业余天文学家欣赏夜空。

最初的想法是创建一种廉价且易于构建的商用 GOTO 产品替代品，例如 SkyWatcher、Orion、Vixen 和其他公司制造的产品。因此，硬件架构建立在 Arduino DUE 板和市场上可用的廉价传感器上。关于如何构建的说明 和用户指南 是在项目网站上创建的。系统的核心是一块 Arduino DUE 板，加载了不断开发以增加功能的软件。

带有 Stellarium 的 rDUINOScope：

详情

rDUINOScope 是一个开源的、基于 Arduino Due 的望远镜控制系统 (GOTO)。作为独立系统设计的 rDUINOScope 不需要 PC、平板电脑或手机，也不需要互联网连接即可操作和提供令人惊叹的景色！

基本上它有一个数据库，其中包含最好的 250 个恒星对象（梅西耶和隐藏的宝藏目录）和 200 颗恒星 , 计算它们在天空中的位置并指向望远镜。实施的对准程序允许在旋转到选定对象时获得“始终在目镜中”的体验，并且一旦对象进入目镜，系统就会一直跟踪它。

但是，如果您想利用您的电子设备，#rDUINOScope 利用蓝牙通信 （无线设置）连接所有电子设备并接受基于 MEADE LX200 通信协议的命令。

该系统适用于所有类型的步进电机，可以安装在 DIY 支架或 SkyWatcher、MEADE、Orion、Vixen 等市售产品上。

功能：

rDUINO SCOPE 里面有什么？

rDUINOScope Github

构建说明

STEP 1 准备

在我们开始之前，重要的是您要了解软件的工作原理，以便能够为您进行更改和自定义。毕竟这是该项目最重要的优势之一！

要理解这部分，您需要从项目文件中下载代码以及“库”文件……或者直接从以下位置下载整个包： http://rduinoscope.co.nf/downloads.php 。所有引用的行号均按照 V2.1 的代码。博雅娜情商

您应该知道 Arduino 代码的工作原理。通常 Arduino 程序有 2 个部分 - SETUP();和 LOOP(); SETUP() 在程序开始时执行，基本上是利用系统； LOOP() 是一个恒定循环函数，每秒触发多次。因此，为了确保我们有屏幕、触摸输入等，并且屏幕不会因为 LOOP() 而闪烁，我们需要发明一种机制让 Arduino 知道用户希望它做什么。因此，在 LOOP() 部分，您将看到一小部分代码只说“考虑触摸……或考虑时间……”等。其余活动发生在这些函数中，这允许我们更改程序流，使屏幕不会每秒刷新多次。

计算 ：我使用了一些在互联网上找到的关于如何计算恒星物体位置的信息。我从以下链接收集的大部分信息：http://www.stargazing.net/kepler/altaz.html - 描述了计算时角 (HA)、已知位置、当前时间和恒星物体 RA 所需的公式和方法和 12 月。

一旦我创建了代码来计算 HA /row 678:void calculateLST_HA() / ，我用这个页面来检查它是否工作正常： http://www.jgiesen.de/astro/astroJS/siderealClock/ ，并在稍后阶段，当我添加了带有梅西耶对象的数据库时，我使用了 Stellarium (http://www.jgiesen.de/astro/astroJS/siderealClock/ www.stellarium.org/) 申请相同的支票。

我发现的主要问题不是公式本身，而是 Arduino 处理变量类型的方式，尤其是计算的精度。

现在，一旦我们计算了给定物体的 HA 和 DEC，我们希望将安装点设置为望远镜，为此，我们需要以某种方式知道电机需要转动多少。为了在这方面取得成功，我需要知道什么是蜗轮齿轮比——即蜗杆应该转多少圈才能使齿轮旋转 360°。我有 Vixen Super Polaris，在互联网上快速搜索发现它的 RA 和 DEC 轴使用 144 齿齿轮。我创建了一个简单的 Excel 文件 (*.XLS - http://rduinoscope.co.nf/downloads/Gears_Stepper_Calculation.xlsx) 来计算我计算 HA 和 DEC 后电机应该转动多少，以及“点火的频率” " 马达以补偿地球自转。

我在 XLS 中使用的相同数学模型也在代码中实现，因此您需要做的只是替换代码开头（第 34 到 37 行）的安装值。

// 这里是安装、齿轮和驱动信息。// ...用于计算时角与微步的比率//根据您的设置更新此部分// ------ ---------------------------------------// 注意：RA 和 DEC 使用相同的档位比率（在我的情况下为 144 齿）！//---------------------------------------- -------int WORM =144；int REDUCTOR =4； // 1:4 齿轮减速int DRIVE_STP =200; // 步进驱动器每转 200 步int MICROSteps =16; // 我将使用 1/16 微步模式来驱动恒星 - 也决定了最低速度。 

现在，一旦我们计算出比率，代码就会知道电机转动多少以将望远镜指向相应的坐标，以及时钟速度是多少，以便安装可以跟踪物体。处理上述事项的函数从第 906 行和第 917 行开始：

void Sidereal_rate(){}void cosiderSlewTo(){} 

注意事项 ：您知道，这不是面向消费者的产品。它允许您根据自己的需要对其进行自定义，因此非常灵活，但灵活性带来了一些缺点。我已经包含了这个“注意事项”部分，以确保它们不会从您的待办事项列表中删除。

• 安装电机 是一项简单的任务，但会影响计算的工作方式。在我的场景中，Vixen Super Polaris 将原始齿轮放在蜗杆轴的右侧。然而，我发现这些轴很短，以便用皮带轮替换齿轮，从而将皮带轮移动到轴的另一侧（左）。这导致电机实际上需要向后转动以增加望远镜位置，因此我不得不修改我创建的原始代码。您绝对应该修改电机转向其他方式的方向，否则您最终会计算错误的步数，从而导致错误的位置。让我告诉你我的意思：见第 1028 行，我命令电机到 STP_BACK，但在第 1031 行我增加了计数器 +=... （所有引用的行号都根据 V2.1 的代码。Boiana EQ ).

if (SLEW_RA_microsteps> RA_microSteps){ digitalWrite(RA_DIR,STP_BACK);数字写入（RA_STP，高）；数字写入（RA_STP，低）； RA_microSteps +=RA_mode_steps;}else{ digitalWrite(RA_DIR,STP_FWD);数字写入（RA_STP，高）；数字写入（RA_STP，低）； RA_microSteps -=RA_mode_steps;}  

行动： 修改以下代码部分：void think_Manual_Moveint xP, int yP ), void cosiderSlewTo() 和 void Sidereal_rate().

• 北方 VS。 南部 半球：代码还根据您所在的半球反转向前移动。这是在代码的一部分中完成的，我负责处理触摸输入。您可能需要修改代码部分。

• DEC 和 RA 轴上的齿轮 ：我的代码假设 DEC 和 RA 轴都使用 144 齿齿轮。 Vixen Super Polaris 就是这种情况。如果您有不同的设置，您可能需要修改代码的某些部分。如果您在识别代码的这些部分时遇到问题，请给我留言，我会尽力帮助您！

计划您的活动： 现在我们需要计划我们的活动以实际构建 rDUINO Scope GoTo 系统。粗略估计，考虑到您拥有所需的一切（硬件、工具和材料），您应该能够在 2-3 天内完成系统。考虑到我只能在晚上（不是每晚）工作，而且我需要做很多研究，我花了大约 4-5 个月的时间来完成它。把这一切放在一起让我觉得：

• 1 天时间来构建 Shield 板并激活系统

• 1 天时间把所有东西都装在一个盒子里

• 1 天时间将电机和滑轮安装到支架上

STEP 2 材料

现在，我们知道该程序的基本工作原理，您需要计划采购并获得所需的材料。

物料清单 :我用的大部分材料都是从网上中国供应商那里买的。但是我决定在当地购买它们中的很少，主要是因为他们被认为很好并且我想避免延误：GPS，蓝牙和操纵杆。我花了大约 190 美元 获得所有这些，因此与从制造商那里购买此类系统的成本相比，它的成本确实很低。您可以在项目网站上找到材料清单及其价格和购买地点：http://rduinoscope.co.nf/rDUINO_step2.html，但该清单也可在该网站的“组件”部分找到.

如果你能找到更便宜的或更快地交付它们，我强烈建议你这样做。

此外，根据您的设计，您可能需要 40 针。带有 TFT 连接器的电缆、一些用于固定操纵杆的塑料螺栓、USB 电缆以确保 Arduino Due 在封装在盒子、风扇等中时仍然是可编程的。

如果你家里没有这些（我没有），你也应该购买一些焊接材料、焊料、钳子、数字万用表等。

您需要的软件 ：构建 rDUINOScope 的一个重要部分是下载并安装 Arduino IDE 和所有相关软件（驱动程序、板定义和库）。按照以下列表在您的计算机上安装所需：

• 转到 Arduino 网站并下载 IDE：https://www.arduino.cc/en/Main/Software。安装软件 - 安装软件后，它还会安装所需的驱动程序，以便您的计算机在连接​​时识别 Arduino 板。

• 运行 Arduino IDE 并导航至：工具 -> 董事会 -> 董事会经理 , 下载并安装 Arduino Due 开发板定义“Arduino SAM Boards (32-bit ARM Cortex-M3)”；

• 下载我在程序中使用的库包，并将它们复制粘贴到 Arduino IDE 安装的“libraries”文件夹中。 （注意：“libraries”是您计算机上的一个文件夹，但它也是项目网站上提供的 COMPLETE PACK 中的一个文件夹： http://rduinoscope.co.nf/downloads.php ，所以你需要做的是下载包，将扩展名重命名为.ZIP，打开它并将“_libraries”文件夹的内容从ZIP复制到你计算机上的“libraries”文件夹中。）

• 重启IDE并打开主程序文件——“_02_Boiana_EQ.ino”。您会注意到另外 4 个文件将在单独的选项卡中打开。这些是负责软件不同部分的支持文件。

在将 Arduino 连接到您的计算机后，您现在应该能够编译代码并将其加载到 Arduino Due 板上。

注意： 如果您不了解 Arduino IDE 的工作原理以及对 Arduino 进行编程需要做什么，请参阅网站和教程：https://www.arduino.cc/en/Tutorial/HomePage

第 3 步组装

更详细的说明请访问项目网站：http://rduinoscope.co.nf/rDUINO_step3.html

现在是创建 Shield 板的时候了。 Shield 板是带有引脚排列的板，您可以将其堆叠在 ArduinoDUE 板的顶部。一些组件需要在该板上，而另一些则更好地放置在外壳上。我的分裂是这样的：

• 屏蔽板固定：两个 DRV8825 驱动器、RTC3231 时钟、蓝牙模块 HC-05、压电扬声器、12V 连接器和其余组件的引脚；

• 盒子上的组件是：GPS 模块 NEO 6M - RX 以便天线可以始终指向天空、DHT22 温度传感器通过一个孔贴在盒子外面、PS2 操纵杆、TFT 屏幕和所有开关（打开/OFF 开关和日/夜模式开关）。此外，我还为电机驱动器连接器、12V 电源连接器和一个连接到 ArduinoDUE Native 端口的 USB 电缆端口钻孔，以便在不打开盒子的情况下进行软件更新。

如何将组件连接到 ARDUINO DUE 板：

组件 .... 硬件引脚 .... Arduino 引脚

全球定位系统

• GPS NEO 6M .... RX .... 16

• GPS NEO 6M .... TX .... 17

实时时钟

• RTC DS3231 .... SDA .... A4

• RTC DS3231 .... SCL .... A5

蓝牙

• BT HC-05 .... TXD .... 14

• BT HC-05 .... RXD .... 15

DHT

• DHT22 .... 输出 .... 3

扬声器

• 压电扬声器 .... 2

PS2

• PS2 操纵杆 .... VRx .... A1

• PS2 操纵杆 .... VRy .... A0

偏角 DRV8825

• DEC DRV8825 .... 步骤 .... 6

• DEC DRV8825 .... DIR .... 7

• DEC DRV8825 .... M0 .... 10

• DEC DRV8825 .... M1 .... 9

• DEC DRV8825 .... M2 .... 8

• DEC DRV8825 .... 重置 DEC DRV8825 .... 睡眠

Right Ascention DRV8825

• RA DRV8825 .... 步骤 .... 4

• RA DRV8825 .... DIR .... 5

• 3V

• RA DRV8825 .... M0 .... 11

• RA DRV8825 .... M1 .... 13

• RA DRV8825 .... M2 .... 12

• RA DRV8825 .... 重置 RA DRV8825 .... 睡眠

TFT 屏幕

• 与 TFT 屏蔽一起使用 .... 引脚 (22-53) + SPI

• 白天/黑夜.... 模式切换.... A3

好的...现在我们准备组装屏蔽板。 获取原型 PCB 并评估如何切割它，以便它可以容纳所有组件以留出一些布线空间，并以可以堆叠在 Arduino 顶部的方式焊接引脚。请注意，您需要焊接 Arduino 使用的所有引脚，并将它们连接到屏蔽板上的组件或此屏蔽板上的连接器，以便也可以连接放在盒子本身上的组件。

我在下面附上了一些过程的照片：

完成这些后，我连接了电路板并测试了屏蔽！它不工作！ :( 我检查了接线，结果发现我在 2 个连接之间创建了一个桥，我必须修复它。请注意，从这一刻起，我开始检查每个焊接是否有问题，因为我真的很幸运没有烧毁我的 Arduino 或任何其他接线错误的东西。 注意：确保检查所有连接！ 请务必遵循以下 DRV8825 和电机驱动器的接线图，因为这很重要。

确保使用合适的电源适配器（12V，1.6A）并在通电前连接电机驱动器！ 注意：DRV8825 处于负载状态时切勿连接电机驱动器，因为它可能会烧毁驱动器！

现在所有组件都焊接到位，我建议您还连接电机驱动器，将软件加载到 Arduino 板并测试整个设置。此时它应该可以正常工作。

您现在应该能够使用该软件并了解用户界面。为了帮助界面，我在项目网站上创建了一个用户指南页面：http://rduinoscope.co.nf/guide.html

您的设置应如下所示：

STEP 4 装箱

屏蔽板准备好后，拿起盒子，开始布置所有剩余的组件，并计划需要钻孔的位置以及形状和尺寸。切孔的最佳方法是使用小折刀（至少对我而言）。不管是圆孔还是方孔都无所谓。你可以用一把锋利的小刀轻松地雕刻它。

唯一的例外是屏幕，您确实需要一个长而均匀的方孔。我寻求帮助，我父亲在他的切割机上做到了。

一旦您对布局感到满意并认为它可行，就开始挖洞。这是一个漫长的过程，会造成一些混乱，但不会超过 2-3 小时。有时我在做圆形孔时会使用钻头，例如：12V电源连接器，RA和DEC电机连接器。

准备好热胶枪并开始将组件热粘合到盒子上，如下所示：

现在除了盒子正面的组件外，所有东西都已连接并装箱。我决定把 TFT 屏幕、PS2 操纵杆和日/夜模式开关放在那里。当我到达 TFT 屏幕时，我创建了一个带有公头和母头连接器的简单带状电缆连接，并将其挂在屏幕上。然而这并没有奏效！原因是引脚被镜像了，因此 TFT 屏幕无法再工作。因此，我决定进行一些复杂的 2D 到 3D 转换，并计算出带状电缆的连接器以解决问题

长话短说： 这不是火箭科学，但在我找到解决方案之前给了我一些困难时期。一个丑陋的解决方案，但它有效并且一年后仍然有效。你可以在下面看到我的意思。

基本上你在这里看到的是：

• 带状电缆

• 40 针母连接器

• 用于在 PCB 上焊接的针脚以形成阵列（2 x 20 针脚）

它就像一个魅力，让我完成了这个盒子！

STEP 5 德国赤道山

现在，尽管我想与您分享如何将电机驱动器连接到您的安装座，但我不能。事实是，任何制造商都会创建自己的设计，因此，没有适合所有人的解决方案。

我使用 80 年代的 Vixen Super Polaris，下面的方法适用于它。我需要提醒您，您在第 1 步中做出的决定 您需要更改代码中的值的地方现在将影响我们的工作。下面你可以看到我的皮带轮和皮带的设置。

我为我的设置购买了 2 套。我只是不确定它是如何工作的，因此购买了一套缩小 1:4 和一套缩小 1:3。皮带的尺寸也应该不同，因为减少会影响两个皮带轮之间的距离。我承认，通过良好的规划和设计，您可以预先决定如何进行并节省一些钱，但我很着急。我需要让它发挥作用！

将皮带、皮带轮和支架放在我面前后，我决定对我来说最好的方法是使用 1:4 减速，因为所有东西似乎都完美地安装在支架上，我开始研究电机外壳。半天后，我终于想出了这个：

我测试了整个设置，不得不对软件进行一些更改（将第 35 行的变量值更新为 4），以便它代表我的最终设计决策。再次测试，一切都很好。

我不得不等待一个好的星夜才能正确测试它，但直到我等待，我才意识到有些不对劲！

我有最好的望远镜控制 GOTO 系统，比我用我的爱好预算可以买到的要好得多，但它看起来不太对。它需要一些最后的润色，后来让我为我的 rDUINOScope 感到自豪！

最后，我的 rDUINOScope Vixen SP Ferrari 看起来应该是这样的！

文件

_READ_ME.txt：最终版本 v.2.1 Boiana EQ 的描述以及一些常见问题解答

_02_Boiana_EQ.ino：Arduino 主文件

graphics_screens.ino：图形文件 - 链接到主文件

touch_inputs.ino：触摸输入文件 - 链接到主文件

BT.ino:BLUETOOTH COMMUNNICATION - 链接到主文件

regular_updates.ino：时间更新 - 链接到主文件

代码

• 代码片段 #1
• 代码片段 #3

代码片段 #1纯文本

// 这里是安装、齿轮和驱动器信息。// ...用于计算时角与微步的比率//根据您的设置更新此部分// --------- ------------------------------------// 注意：RA 和 DEC 使用相同的齿轮比（144牙齿在我的情况下）！//------------------------------------------- ----int WORM =144；int REDUCTOR =4； // 1:4 齿轮减速int DRIVE_STP =200; // 步进驱动器每转 200 步int MICROSteps =16; // 我将使用 1/16 微步模式来驱动恒星 - 也决定了最低速度。

代码片段 #3C/C++

if (SLEW_RA_microsteps> RA_microSteps){ digitalWrite(RA_DIR,STP_BACK);数字写入（RA_STP，高）；数字写入（RA_STP，低）； RA_microSteps +=RA_mode_steps;}else{ digitalWrite(RA_DIR,STP_FWD);数字写入（RA_STP，高）；数字写入（RA_STP，低）； RA_microSteps -=RA_mode_steps;} 

Github

示意图